El agua líquida sometida a dos yunques de diamantes

Estándar

Esquema de una Celda yunque de diamante (Wikipedia)

Una celda de yunque de diamante consiste en dos diamantes que se oponen con una muestra comprimida entre los culets. Los dos yunques de diamante opuestos, normalmente de 16 caras, pesan de 1/8 a 1/3 quilates (25 a 70 mg). Los culets o puntas de los diamantes son molidos y pulidos a una superficie hexadecagonal paralela a la tabla (base) y se enfrentan el uno con el otro. Es importante que esten perfectamente paralelos para producir una presión uniforme y prevenir tensiones peligrosas.

Existen muchos diseños diferentes de celdas de yunque de diamante, pero además de los dos yunques también no puede faltar:

  • Un dispositivo generador de fuerza (brazo de palanca, tuerca husillo o presión neumática o hidráulica aplicada a una membrana).
  • Una junta (hoja metálica de aproximadamente 2 mm de espesor) que separa los dos culets y contiene la muestra con un fluido hidrostático en una cavidad entre los dos diamantes. Esta junta previene la falla del yunque mediante el soporte de las puntas de diamante, reduciendo así las tensiones en los bordes del culet.
  • Un medio transmisor de la presión que homogeneiza la presión. Por ejemplo, una mezcla 4:1 de metanol:etanol aunque a presiones superiores a 20 GPa se vuelve un vidrio y la presión se vuelve no hidrostática. El argón, hidrógeno y helio son otros medios que se pueden utilizar hasta presiones muy elevadas.

Este dispositivo se está utilizando mucho últimamente para recrear presiones en situaciones extremas. Dos ejemplos son los post del 11 de diciembre y 21 de mismo mes, titulados “Un nuevo método de producción de H2: La Serpentinización” y “Estequiometrías inesperadas inesperados del cloruro de sodio (NaCl)” respectivamente. En el post de hoy también lo utilizan para estudiar la estructura y las dinámicas orientacionales del agua líquida.

File:Moleculah20.jpg

Moléculas de H20 (wikipedia)

El agua líquida tiene un papel primordial en la vida en la Tierra en un amplio rango de temperatura y presión, así como en una gran cantidad de procesos químicos, físicos, geológicos y ambientales. Sin embargo, no hay una comprensión completa de sus propiedades dinámicas y estructurales.

Las moléculas de agua o H2O se asocian a través de enlaces de hidrógeno dando lugar una extensa red que se caracteriza por una disposición tetraédrica local. A escala molecular, esta estructura  cambia de forma dinámica: los enlaces de H son destruidos y reformados constantemente para lograr movimientos de rotación de las moléculas individuales de forma continua.

En el rango de estabilidad termodinámica de la fase líquida (Diagrama P-T), hay dos estructuras locales diferentes ( agua de baja densidad o LDW y agua de alta densidad o HDW). En el dibujo de abajo podéis ve una representación de las dos estructuras distintas de agua. En el primer plano , agua tetraédrica de baja densidad (LDW) , y en el fondo, la distorsionada agua de alta densidad (HDW). Estas dos estructuras han sido reveladas por estudios de difracción de neutrones y tienen una diferencia de densidad macroscópica de 30%. En las dos formas, la primera capa de coordinacion sigue siendo tetreédrica pero en el HDW hay una disminución en las distancia media de la segunda capa de coordinación que se colapsa en la primera acercando así las moléculas de agua.

https://i0.wp.com/news.stanford.edu/news/2009/august10/gifs/water_400.jpg

Representación de las dos estructuras distintas de agua (de Straford News)

Un grupo de investigadores, combinando la tecnología de celda de yunque de diamante, la espectrocopía de infrarrojos ultrarápida bomba-sonda (ultrafast pump–probe infrared spectroscopy) y las simulaciones clásicas de dinámica molecular, han encontrado que la estructura y las dinámicas orientacionales de la agua líquida están íntimamente conectadas. También han identificado los regímenes de LDW y HDW en el diagrama P-T. En diagrama de abajo podéis ver la identificación provisional de las regiones P -T correspondientes a los regímenes de LDW y HDW . Los puntos vacíos corresponde el cambio pendiente de fwhm (full width at half maximum o anchura a media altura) versus densidad; los triángulos, a el cambio pendiente de anisotropía de rotación experimental (azul) y computarizada (rojo) con la densidad; el Punto completo, al valor de temperatura presión ambiente donde el agua se comporta como HDW según fwhm y los datos de anisotropía de rotación. La área sombreada es una descripción provisional de las condiciones de P -T , donde se alcanza la configuración del límite correspondiente a la inserción completa de las moléculas de segunda capa en la primera capa .

Identificación provisional de las regiones P -T correspondientes a los regímenes de LDW y HDW .

Fuentes:

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s